Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н.ТУПОЛЕВА - КАИ
Кафедра стандартизации, сертификации и технологического менеджмента
Курсовая работа
на тему: «машина с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением образца с датчиком силы»
Выполнил: студент гр. 3673
Хабибуллин Л.С
Проверил:доцент,к.т.н
Панин Е.П.
Казань 2015
Содержание
1. Общая характеристика метода испытаний 5
2. Общая характеристика конструктивной схемы стенда 6
3. Выбор конструктивной схемы датчика и измерительного устройства 7
4. Проектирование стенда 9
5. Определение статической погрешности одного из параметров стенда 15
6. Детальное описание устройства и работы стенда 17
7. Проведение анализа видов и последствий потенциальных отказов (FMEA) 19
9. Разработка маршрутного технологического процесса на 1 деталь 31
Заключение 34
Список литературы 35
На многие детали машин и элементы конструкции действуют динамические нагрузки в режиме колебаний. При этом под колебаниями понимают не только движение масс различных систем, но и повторно-переменные нагрузки разного вида.
В простейшем случае речь идет о чисто синусоидальных колебаниях, но в общем случае следует учитывать также, например, гармонические или случайные колебания.
Подобное нагружение может привести к тому, что после определенного числа циклов нагружения происходит разрушение, хотя номинальные напряжения в детали не превышали статического предела упругости. Это явление, которое встречается как в кристаллических, так и в некристаллических материалах, часто называют усталостью, а вызванное им разрушение – усталостным.
В зависимости от указанных характеристик усталостные испытания при регулярном нагружении можно проводить при трех режимах, охватывающих семь разновидностей циклов напряжений. Испытания можно проводить в условиях действия:
а) сжимающих напряжений (σmах и σmin отрицательны);
б) знакопеременного цикла напряжений (σmах и σmin имеют различные знаки);
в) растягивающих напряжений (σmах и σmin положительны).
Для исследования поведения материалов и деталей при циклическом нагружении находят применение различные виды испытательных машин. По виду нагружения их можно разделить на испытательные машины для циклического растяжения-сжатия, изгиба и кручения.
Машины для испытания на растяжение-сжатие классифицируют на простые и универсальные. При испытаниях на простых машинах можно прикладывать к образцу нагрузку только одного знака (растяжение или сжатие).
Различают универсальные машины знакопостоянные, на которых во время испытаний образец нагружается только в одном направлении (на сжатие или растяжение), и знакопеременные, позволяющие изменять знак нагрузки на образце при испытаниях без переналадки.
Машины для испытаний на растяжение-сжатие разделяют по назначению на машины широкого применения, специализированные и целевые. Машины широкого применения предназначены в основном для научных исследований. Конструкция их должна быть такова, чтобы на них можно было реализовать разнообразные режимы испытаний и испытывать образцы различных конфигураций, размера, из разных материалов. На специализированных машинах проводят контрольные и приемочные испытания материалов для определения стандартных механических характеристик, поверочные и контрольные испытания однотипных изделий.
На целевых машинах проводят испытания строго определенных видов, как правило, при экстремальных значениях параметров (скоростные машины для испытания с наивысшей достижимой мощностью, разрывные машины для исследования хрупкого разрушения при предельно высоких нагрузках и др.).
В данной работе производится проектирование стенда для испытаний, представляющего собой резонансную машину с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением образца с датчиком силы.
1. Общая характеристика метода испытаний
Для циклического растяжения-сжатия применяют или машины со специальным устройством для создания колебаний, или резонансные машины. Испытательные машины первой группы в принципе устроены как гидравлические машины для испытаний на статическое растяжение и сжатие, но дополнительно снабжены пульсатором, цилиндр которого соединен с рабочим цилиндром испытательной машины.
Недостаток этого принципа циклического нагружения состоит в том, что из-за больших колеблющихся масс испытания на этих машинах можно проводить только при относительно низких частотах (не более 3000 мин–1). Этот недостаток можно преодолеть только с помощью машин, которые работают в резонансной области или вблизи нее.
Резонансные машины могут подвергать образцы и структуры напряжению с использованием динамической нагрузки, наложенной на нагрузку статическую.
Динамическая нагрузка создается колебательной системой (резонатором), работающей с собственной частотой. Колебательная система состоит из гирь и пружин, а тестируемая структура или образец также являются ее частью.
Все виды испытаний с большим количеством циклов нагрузки выгодно проводить с использованием резонансных машин для испытания механических свойств материала вследствие высокой проверочной частоты и, в результате, очень малых затрат времени на испытания низкой энергоемкости.
2. Общая характеристика конструктивной схемы стенда
Силовая схема резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением образца представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Силовая схема резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением образца.
В силовой схеме резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением (рис. 2.1) образец, закрепляемый в захватах 9 и 10, статически нагружается путем сжатия пружины 2 (для растяжения) или пружины 3 (для сжатия) гайками 1 или 4, навернутыми на шток 5, жестко соединенный с захватом 9. Переменные нагрузки на образец создаются инерционными силами при движении массы 7 между двумя сжатыми пружинами 6 и 8. Масса 7 оперта на упругие направляющие 13. Движение этой массе сообщается штоками 14 от эксцентрика 16, вращаемого электродвигателем 15. Измеряются нагрузки датчиком 11 силы, жестко закрепленным на массивной станине 12.
3. Выбор конструктивной схемы датчика и измерительного устройства
Необходимо выбрать датчик силы для проектируемого испытательного стенда, который будет иметь возможность измерять испытательную нагрузку до 1000 кН.
Тензодатчик, представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации. Его приклеивают к поверхности тестируемой детали, так чтобы он деформировался вместе с ней. Используются одиночные тензорезисторы или блоки тензорезисторов, соединённые по схеме моста или полумоста.
Тензорезистор — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов.
Выбираем высокоточные датчики силы для сил растяжения/сжатия модели 85041 (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Высокоточный датчик силы модели 85041.
Технические характеристики:
Измерительные диапазоны от 0 ... 20 Н до 0 ... 2 МН
Для статических и динамических измерений
Высокая линейность: 0.1 %
полной шкалы
Низкая чувствительность к поперечным силам
Подходят для экстремальных динамических процессов
Данные датчики силы обладают исключительной стойкостью к статическим и динамическим нагрузкам, имеют высокую точность и большой ресурс. Кроме того, высокий класс защиты (опционально IP68) и низкая чувствительность к боковым силам позволяет использовать эти датчики силы могут почти в любых приложениях в промышленности, лабораториях и при испытаниях.
Опишем принцип работы этих датчиков.
Между центральной частью, к которой прикладывается сила, и внешним кольцом (с крепежными отверстиями) находится чувствительный элемент, на котором смонтирован полный тензометрический мост.
Чувствительный элемент датчиков герметизирован мембранами, приваренными к верхней и нижней стороне. Эти мембраны также препятствуют боковому смещению центральной части датчиков силы